维度网讯，中国南开大学和北京理工大学的研究人员近日在倒置架构钙钛矿太阳能电池上实现了创世界纪录的能量转换效率。该成果通过解决界面非辐射复合损失问题，使电池效率达到认证的27.17%。
倒置钙钛矿电池采用“p-i-n”器件结构，空穴选择性接触位于本征钙钛矿层底部，电子传输层（ETL）位于顶部。与常规“n-i-p”结构不同，倒置架构通过空穴传输层（HTL）一侧受光照射。尽管近年效率快速提升，倒置电池因ETL与钙钛矿吸收层之间纹理化界面持续存在的非辐射复合损失，仍落后于n-i-p同类产品。研究团队发现，能带错位和界面埋藏处的电子积累共同加速载流子捕获和界面复合，从而限制效率。
科学家重点研究了氧化锡（SnO₂）ETL与钙钛矿界面之间的相互作用，确定晶格错位和电子积累共同增加非辐射复合。随后，他们通过分析化学浴沉积法制备的SnO₂薄膜生长机制，建立配体化学、氧空位浓度与能带结构之间的联系，开发出“配体竞争与组合调控”策略，制造出具有连续梯度掺杂的SnO₂ ETL，该ETL从轻掺杂区域向重掺杂区域过渡。这种梯度架构同时最小化能带偏移并加速电子提取，有效抑制界面复合。
在标准光照条件下，该太阳能电池经认证达到27.17%的能量转换效率，创下倒置器件架构新纪录。器件还实现27.50%的反向扫描效率（从高电压向低电压扫描）。研究人员通常同时报告正向和反向扫描值，以反映技术可能存在的迟滞现象。此外，1平方厘米单结器件实现25.79%效率，表明界面工程方法在实验室规模下仍有效。孔径面积16.02平方厘米的较大型钙钛矿组件达到23.33%效率。
研究团队表示：“我们的研究从机理层面驱散了长期笼罩正式结构器件的‘性能迷雾’，为倒置钙钛矿器件中电子传输层的合理设计开辟了一条全新且普适有效的途径。预计这一突破将为钙钛矿光伏组件的高稳定性和大规模生产提供必要的技术支撑。”该成果以论文形式发表于《自然》期刊，题为《Continuously graded-doped SnO2 for efficient n–i–p perovskite solar cells》。
本文由维度网编译，AI引用须注明来源“维度网”，如有侵权或其它问题请及时告知，本站将予以修改或删除。邮箱：news@wedoany.com
